JP2006187693A

JP2006187693A - 廃棄物を原料とした資源ガス回収システムおよび資源ガス回収方法

Info

Publication number: JP2006187693A
Application number: JP2004382989A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kume; 正一久米
Original assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質２をガス化によって発生する生成ガスから、水素ガス６や一酸化炭素ガス７や窒素ガス８や炭酸ガス９等の資源ガスをそれぞれ分離して高濃度（高純度）で回収し、水素燃料電池１０やガスエンジン１１、バーナー１２の燃料、防爆用の不活性ガスとして有効利用できる資源ガス回収システムおよび資源ガス回収方法を提供する。
【解決手段】一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質２を還元ガス化させるガス化炉等のガス化手段３と、該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高めるガス圧縮手段４と、圧縮された生成ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する吸着分離手段５とを具えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を原料とした資源ガス回収システムおよび資源ガス回収方法に関するものであって、特に、廃棄物中の有機物から発生した生成ガスを高濃度で各々回収するシステム及び方法に関する。

これまで、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を、ガス化してエネルギーガスをして利用する試みはあったが、これらのガスは窒索ガスや炭酸ガスや一酸化炭素ガスが多く含まれており、それぞれのガスを高濃度（高純度）で回収するのは困難とされてきた。

また、水素燃料電池などに利用する水素ガスは、いままで天然ガス、プロパンガス、メタンガスや石油系のガスから分離して回収する方法は行われてきたが、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質からガスを回収する方法は見当たらない。

さらに、現状ではバイオマスからの水素ガス発生プロセスは、水蒸気ガス化で水素ガスを発生させているのが一般的だが、その水素ガスのほとんどが水蒸気から発生しており、その水蒸気を生成させるのに膨大なエネルギーを消費してしまう。

例えば、特許文献１に記載されたバイオマスをガス化させたガスは、ただ単に燃焼させてタービン等で発電させるだけのものであった。

特開平２００４−７６９６８号公報

本発明の目的は、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質をガス化によって発生する生成ガスから、水素ガスや一酸化炭素ガスや窒素ガスや炭酸ガス等の資源ガスをそれぞれ分離して高濃度（高純度）で回収し、水素燃料電池やガスエンジンやバーナーの燃料や防爆用の不活性ガスとして有効利用できる資源ガス回収システムおよび資源ガス回収方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の資源ガス回収システムは、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化炉等のガス化手段と、該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、圧縮された生成ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第１吸着分離手段とを具えることにある。

前記還元ガス分離システムは、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第２吸着分離手段とを具えることにある。

前記還元ガス分離システムは、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮手段又はそれ以上の多段圧縮手段と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第３吸着分離手段又はそれ以上の多段吸着分離手段とを具えることにある。

前記選択ガスが水素ガスであり、高濃度の水素ガスとして回収する第１吸着分離手段を具えることにある。

前記吸着するガスが一酸化炭素ガスであり、高濃度の一酸化炭素ガスとして回収する第２吸着分離手段を具えることにある。

前記選択ガスが窒素ガス又は炭酸ガスであり、高濃度の窒素ガス又は炭酸ガスとして回収する第３吸着分離手段を具えることにある。

一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化炉等のガス化手段と、該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、圧縮された生成ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した９５体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し高濃度水素ガスとして回収する第１吸着分離手段と、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された残ガス中の一酸化炭素ガスを吸着させ、一酸化炭素ガスを他の選択ガスと分離し高濃度の一酸化炭素ガスとして回収する第２吸着分離手段とを具えることである。

前記還元ガス分離システムを、さらに、前記の一酸化炭素ガスと分離した他のガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮手段と、圧縮されたガス中の窒素ガス又は炭酸ガスを吸着させ、窒素ガス又は炭酸ガスと分離した他方のガスを９５体積％以上通過させることによって、窒素ガスと炭酸ガスとを分離しそれぞれ高濃度ガスとして回収する第３吸着分離手段とを具えることである。

還元ガス化させるガス化炉で、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化するガス化工程と、該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、圧縮された生成ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第１吸着分離工程とを含むことである。

前記還元ガス分離方法は、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮方法と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第２吸着分離方法とを含むことである。

前記還元ガス分離方法は、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮方法又はそれ以上の多段圧縮方法と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第３吸着分離方法又はそれ以上の多段吸着分離方法とを含むことである。

還元ガス化させるガス化炉で、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化工程と、該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、圧縮された生成ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した９５体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し高濃度水素ガスとして回収する第１吸着分離工程と、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮工程と、圧縮された残ガス中の一酸化炭素ガスを吸着させ、一酸化炭素ガスを他の選択ガスと分離し高濃度の一酸化炭素ガスとして回収する第２吸着分離工程とを含むことである。

前記還元ガス分離方法を、さらに、前記一酸化炭素ガスと分離した他のガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮工程と、圧縮されたガス中の窒素ガス又は炭酸ガスを吸着させ、窒素ガス又は炭酸ガスと分離した他方のガスを９５体積％以上通過させることによって、窒素ガスと炭酸ガスとを分離しそれぞれ高濃度ガスとして回収する第３吸着分離工程とを含むことである。

本発明によれば、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を、ガス化によって発生する生成ガスから、水素ガスや一酸化炭素ガスや窒素ガスや炭酸ガス等の資源ガスをそれぞれ分離して高濃度（高純度）で回収し、水素燃料電池やガスエンジン、バーナーの燃料、防爆用の不活性ガスとして有効利用できるので、従来では、廃棄していたガスの有効利用が図れるため、外部からの燃料の削減が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、発明に従う資源ガス回収システム１を用いて廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２から、水素ガス６や一酸化炭素ガス７や窒素ガス８や炭酸ガス９を回収する場合のフローチャートを示したものである。

図１に示す資源ガス回収システム１は、主として、廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２をガス化する、ガス化手段３、ガス圧縮手段４、吸着分離手段５によって構成されている。

ガス化手段３は、廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２を酸素含有ガスで廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２中の炭素又は炭素化合物並びに水素を含む物質及び使用燃料の炭素や水素と反応させ、還元性雰囲気下で水素ガス６や一酸化炭素ガス７や窒素ガス８や炭酸ガス９を発生させる。ガス化手段３としては、例えばガス化炉が挙げられる。炭素とのカーボンソリューション反応を起こす還元性雰囲気の特徴を持つ炉、つまり還元ガスが発生する炉が望ましい。

ガス圧縮手段４は、ガス化手段３で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上、好適には０．１ＭＰａ以上、より好適には０．５〜０．８ＭＰａの範囲に高めるためのものであって、具体的にはコンプレッサー等が挙げられる。

吸着分離手段５は、ガス圧縮手段４内で圧縮された生成ガス中の水素ガス６と一酸化炭素ガス７と窒素ガス８と炭酸ガス９を選択的に吸着させ、それぞれのガスを分離させて高濃度の資源ガスとして回収する。

水素ガス６を回収するには、先ずガス化手段３によって発生した生成ガス中の水素ガス６以外のガスを第１吸着分離手段５で吸着させ、吸着しなかった水素ガス６をそのまま回収する。一方吸着させたその他のガスは放散して、次工程の第２ガス圧縮手段４によって圧縮して第２吸着分離手段５で一酸化炭素ガス７を吸着する。

第２吸着分離手段５で吸着した一酸化炭素ガス７は、放散して高濃度のまま回収する。

一方第２吸着分離手段５で吸着しなかったガスは、次の第３ガス圧縮手段４で圧縮して第３吸着分離手段５で炭酸ガス９を吸着して、窒素ガス８と炭酸ガス９とを分離する。

次に、本発明に従う資源ガス回収方法の一例を以下で説明する。
まず、廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２をガス化手段３内に投入し、ガス化手段３内で、廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２を１０００℃以上の還元性雰囲気下でガス化させ、水素ガス６並びに一酸化炭素ガス７並びに窒素ガス８並びに炭酸ガス９を含む還元ガスを発生させる。

ガス化手段３から発生した生成ガスを第１ガス圧縮手段４で０．５ＭＰａの圧力で圧縮し、第１吸着分離手段５で水素ガス６以外のガスを吸着する。

第１吸着分離手段５で吸着しなかった水素ガス６は、水素燃料電池１０の燃料として利用でき、電気エネルギーや熱エネルギーとして回収が可能となるため、水素燃料電池１０を水素ガス６の利用設備として附帯することが望ましい。

一方第１吸着分離手段５で吸着したその他のガスを放散し、第２ガス圧縮手段４で０．５ＭＰａの圧力で圧縮し、第２吸着分離手段５で一酸化炭素ガス７を吸着する。

第２吸着分離手段５で吸着した一酸化炭素ガス７は、ガスエンジン１１や燃焼用バーナー１２等の燃料として利用でき、発電して電気エネルギーや熱エネルギーとして回収が可能となるため、ガスエンジン１１やバーナー１２等の一酸化炭素ガス７の利用設備として附帯することが望ましい。

第２ガス吸着分離手段５で吸着しなかったガスを、第３ガス圧縮手段４で０．５ＭＰａの圧力で圧縮し、第３吸着分離手段５で炭酸ガス９を吸着する。

第３吸着分離手段５で吸着しなかった窒素ガス８は、防爆用の不活性ガスとして利用が可能となるため、窒素ガス８の供給設備の代替として利用することが望ましい。

一方吸着した窒素ガス９は、植物用成長促進剤としてビニールハウス１３内に充填し、野菜の促成栽培に利用することが望ましい。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明の資源ガス回収システム１（図１）を用いて廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２から資源ガスを回収した場合の水素ガス６と一酸化炭素ガス７と窒素ガス８と炭酸ガス９のそれぞれの濃度を表１に示す。

本発明によれば、廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）２をガス化手段３でガス化させることにより、生成した水素ガス６は水素燃料電池１０の燃料として、一酸化炭素ガス７はガスエンジン１１を利用した発電の燃料として、窒素ガス８は防爆用の不活性ガスとして、炭酸ガス９は植物用成長促進剤として、環境や新エネルギーの有効利用に結びついていく。

本発明に従う資源ガス回収システムの代表的なフローチャートである。本発明に従う資源ガス回収システムの他のフローチャートである。本発明に従う資源ガス回収システムの他のフローチャートである。

符号の説明

１資源ガス回収システム
２廃棄物（一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質）
３ガス化手段
４ガス圧縮手段
５吸着分離手段
６水素ガス
７一酸化炭素ガス
８窒素ガス
９炭酸ガス
１０水素燃料電池
１１ガスエンジン
１２バーナー
１３ビニールハウス

Claims

一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化炉等のガス化手段と、
該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、
圧縮された生成ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第１吸着分離手段と
を具えることを特徴とする還元ガス分離システム。
前記還元ガス分離システムは、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第２吸着分離手段と
を具えることを特徴とする請求項１記載の還元ガス分離システム。
前記還元ガス分離システムは、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮手段又はそれ以上の多段圧縮手段と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第３吸着分離手段又はそれ以上の多段吸着分離手段と
を具えることを特徴とする請求項１又は２記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、水素ガスである請求項１記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、窒素ガス又は炭酸ガスである請求項２記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、一酸化炭素ガスである請求項２又は３記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、窒素ガスである請求項２又は３記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、炭酸ガスである請求項２又は３記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、水素ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスである請求項１又は２記載の還元ガス分離システム。
前記選択ガスは、一酸化炭素ガスである請求項１又は２記載の還元ガス分離システム。
一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化炉等のガス化手段と、
該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、
圧縮された生成ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した９５体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し高濃度水素ガスとして回収する第１吸着分離手段と、
残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、
圧縮された残ガス中の一酸化炭素ガスを吸着させ、一酸化炭素ガスを他の選択ガスと分離し高濃度の一酸化炭素ガスとして回収する第２吸着分離手段と
を具えることを特徴とする還元ガス分離システム。
前記還元ガス分離システムを、さらに、前記の一酸化炭素ガスと分離した他のガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮手段と、圧縮されたガス中の窒素ガス又は炭酸ガスを吸着させ、窒素ガス又は炭酸ガスと分離した他方のガスを９５体積％以上通過させることによって、窒素ガスと炭酸ガスとを分離しそれぞれ高濃度ガスとして回収する第３吸着分離手段と
を具えることを特徴とする請求項１１記載の還元ガス分離システム。
還元ガス化させるガス化炉で、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化するガス化工程と、
該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、
圧縮された生成ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第１吸着分離工程と
を含むことを特徴とする還元ガス分離方法。
前記還元ガス分離方法は、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮方法と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第２吸着分離方法と
を含むことを特徴とする請求項１３記載の還元ガス分離方法。
前記還元ガス分離方法は、さらに、残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮方法又はそれ以上の多段圧縮方法と、圧縮された残ガス中の特定のガス成分以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した選択ガスを９５体積％以上通過させることによって、選択ガスを残ガスと分離し高濃度選択ガスとして回収する第３吸着分離方法又はそれ以上の多段吸着分離方法と
を含むことを特徴とする請求項１３又は１４記載の還元ガス分離方法。
還元ガス化させるガス化炉で、一般廃棄物や産業廃棄物、特にゴムやペットボトルなどの石油化学系の物質や木材や野菜や畜糞などのバイオマス系の物質を還元ガス化させるガス化工程と、
該ガス化炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、
圧縮された生成ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、残ガスと分離した９５体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し高濃度水素ガスとして回収する第１吸着分離工程と、
残ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮工程と、
圧縮された残ガス中の一酸化炭素ガスを吸着させ、一酸化炭素ガスを他の選択ガスと分離し高濃度の一酸化炭素ガスとして回収する第２吸着分離工程と
を含むことを特徴とする還元ガス分離方法。
前記還元ガス分離方法を、さらに、前記一酸化炭素ガスと分離した他のガスを圧縮して所定圧力以上に高める第３ガス圧縮工程と、圧縮されたガス中の窒素ガス又は炭酸ガスを吸着させ、窒素ガス又は炭酸ガスと分離した他方のガスを９５体積％以上通過させることによって、窒素ガスと炭酸ガスとを分離しそれぞれ高濃度ガスとして回収する第３吸着分離工程と
を含むことを特徴とする請求項１６記載の還元ガス分離方法。